中南大学塑性加工原理考试试卷及答案.pdf

中南大学考试试卷20012002学年第二学期时间110分钟金属塑性加工原理课程6 4 学 时 4 学分考试形式：闭卷专业年级材料1999级 总 分 100分，占总评成绩70%一、名词解释（本题10分，每小题2 分）1.热效应2.塑脆转变现象3.动态再结晶4.冷变形5.附加应力二.填空题（本题10分，每小题2 分）1.主 变 形 图 取 决 于.与 无关。2.第 二 类 再 结 晶 图 是.与 的关系图。3.第二类硬化曲线是金属变形过程中 与 之间的关系曲线。4.保 证 液 体 润 滑 剂 良 好 润 滑 性 能 的 条 件 是,o5.出 现 细 晶 超 塑 性 的 条 件 是,。三、判断题（本题10分，每小题2 分）1.金属材料冷变形的变形机构有滑移（），非晶机构（），挛 生（），晶间滑动（）。2.塑性变形时，静水压力愈大，则金属的塑性愈高（），变形抗力愈低（）。3.金属的塑性是指金属变形的难易程度（错）。4.为了获得平整的板材，冷轧时用凸轻型，热轧时用凹辘型（对）。5.从金相照片上观察到的冷变形纤维组织，就是变形织构（）。四、问答题（本 题 4 0 分，每小题1 0 分）1.分别画出挤压、平根轧制、模锻这三种加工方法的变形力学图，并说明在生产中对于低塑性材料的开坯采用哪种方法为佳？为什么？2.已知材料的真实应变曲线,A 为材料常数，n 为硬化指数。试问简单拉伸时材料出现细颈时的应变量为多少？3.试比较金属材料在冷，热变形后所产生的纤维组织异同及消除措施？4.以下两轧件在变形时轧件宽度方向哪一个均匀？随着加工的进行会出现什么现象？为什么？轧制方向）（箭头表示T五、证明题（本 题 1 0 分）证 明 Mises塑性条件可表达成：%*%=E W，j =x j,z）六、综合推导题（本 题 2 0 分）试用工程法推导粗糙砧面压缩矩形块（Z 向不变形）的变形力P 表达式，这里接触摩擦,1 1 中南大学考试试卷答案一、名词解释（本题10分，每小题2 分）1.变形过程中的金属发热现象2.材料由于温度降低等内在因素和外在条件变化，塑性急剧下降的现象。3.在热变形过程中，在应力状态下所发生的再结晶。金属在热变形过程中发生的再结晶4.回复温度以下发生的变形。在物体中，由于其各部分的不均匀变形受到物体整体性的限制而引起5.的相互平衡的应力。二.填空题（本题10分，每小题2 分）1.13 偏应力,球应力 静水压力2.变形温度、变形程度、晶粒大小3.真应力、断面收缩率4.适当粘度、良好活性5.稳定细晶（5pm以下）、三、判断题（本题10分，1.（“、（X）、（X）2.（4）、（X）3.（*）4 ）5.（、）四、问答题（本 题 4 0 分,1.答：挤压主应力图.，Z主 应 变 图.”工Z一定的温度区间（T 三 0.47、一定的变形速度（1Y10 分 1）每小题2 分）每小题1 0 分）P 平辑轧制 模锻r 外/7对于低塑性材料的开坯采用挤压加工方法为佳，因为：挤压时静水压力大，塑性好。缺陷变成线状。2.答:“7L+A0.禺=卢 ，其中6 T1.6 4o p.丐=A彳Q+=%Q+.)F q乜再弧婚时，红=0,或rfP=Oast由,=As*1=.(1+0k有 仁 一;一1+8由 右-k n c有.，(b。l-3.答：相同：使材料产生各向异性（沿纤维方向上强度高）。不同：冷变形：基本晶粒沿坡大主变形方向拉长；热变形：夹杂物、第二相拉长。（基体是再结晶等轴晶粒）消除措施：冷变形：完全再结晶退火；热变形：净化，铸锭中尽量减少杂质；高温长时间退火，使夹杂物扩散，改变加工方向。4.答：（1）种情况沿较宽变形均匀。（2）种情况中部易出现裂纹，因为中部附加拉应力。五、证 明 题（本 题1 0分）证：已知Mises塑条可表达为：&f T+(%_%)+(%-丐)+6(弓+=四=.+手：+可+吃+4）A ar ar ar吉同+H+4+3(d詈y-2 E+叼+b产+7力+4+4+d=淑+牛 其-竽4F+U+W=:眄-，)+&-q 够+U+由于不包套产-含R-M所以包套时接触面产|大。中南大学考试试卷2005 2006学年第二学期 时 间 110分钟金属塑性加工原理课程6 4 学 时 4 学分考试形式：闭卷专业年级材料2003级 总 分 100分，占总评成绩70%一、名词解释（本题18分，每小题3 分）1.最小阻力定律2.干摩擦3.热变形4.塑性状态图5.金属塑性加工的热力学条件6.多晶体的晶间变形机构二、填空题（本题12分，每小题2 分）1.金 属 变 形 要 经 过，,三个阶段。2.塑性变形的主变形图有 种，其类型可用应力张量不变量_ _ _来判定。3.Mises塑 性 条 件 的 物 理 意 义 之 一 是.它与Tresca塑性条件在状态差别最大.4.简单加载时，各应力分量 增加。5.对于强化材料，当应力状态点沿着屈服表面上运动时，称作 载，此时有变形，而无新的 变形。6.工程法实际上只用上了基本方程中的 方程和 方程。三、判断题（对者打Y,错者打X）（本题12分，每小题2 分）1.平锤压缩工件，工件高宽比越小，变形越均匀，变形力越大。（）2.管材挤压比棒材挤压的变形更加不均匀。（）3.金属的塑性是指金属变形的难易程度。（）4.金属在室温下的变形就是冷变形。（）5.从金相照片上观察到的冷变形组织就是变形织构。（）6.用楔形体压缩法测定摩擦系数时，其流动分界面越偏向薄端，则说明摩擦系数越小。（）四、计算与简答题（本题38分，1-3小题每小题6 分，4,5小题每小题10分）40、%=20-60 1.金属塑性变形时，已 知 某 点 的 应 力 状 态 I3 0 7到1 ,(i,j=x,y,z),试写出其张量分解方程，指出分解张量的名称，并说明它们与什么变形有关？最后求出：”的比值。2.已知材料的两条等效应力应变曲线，如图所示，它们是否考虑了弹性变形？哪一条适合冷加工？哪一条适合热加工？3.加工时为什么异号主应力状态所需变形力小？举一例处于异号主应力状态的实际加工方法。4.制定金属塑性加工工艺时，通常所说的“五图”是哪五图？5.试说明圆棒挤压时表面产生周期性裂纹和尾部产生缩尾的原因与可能预防的措施。五、综合推导题(本题20分)如图所示，在模内压缩圆环，外径尺寸 不变，材料向里流动。假设接触面摩擦应力大小为T=OT/Y(3),试用工程法导出接触面上正应力o z的表达式，并指出此时的az峰值在何处？中南大学考试试卷答案一、名词解释（本题18分，每小题3分）1.最小阻值定律：塑性变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向流动。2.干摩擦：不存在任何外来介质时金属与工具的接触表面之间的摩擦。3.热变性：变形金属在完全再结晶条件下进行的塑性变形。4.塑性状态图：表示金属指标与变形温度及加载方式的关系曲线图形。5.金属塑性加工的热力学条件：变形温度、变形速度、变形程度。6.多晶体的晶向变形机构：晶粒的转动与移动、溶解-沉淀机构、非晶结构。二、填空题（本题12分，每小题2分）1.弹性变性、均匀塑性变形、破裂2.3 种、h3.弹性形状能改变（或达到定值材料屈服、平面应变（或 2）时4成比例5.中性变载、弹性、塑性6.平衡、塑性条件三、判断题（对者打M错者打x）（本题12分，每小题2分）1.N）2.（x）3.（x）4.（x）5.（，）6.（4）四、计算与简答题（本题38分，1-3小题每小题6分，4,5小题每小题10分）1.答:/叶（-60升5c卜40 20-6030-10-1 IO-1 30 小=0 t0 卜3 20-70-MPa5oJ o 0 io(30-10 40=1 q 4 =304 7 M=虱-力:42.答：它们考虑了弹性变形第一条适合冷加工；第二条适合热加工3.答：异号主应力所需的变形力小的原因可以用塑性条件来说明由 Mises塑性条件%二栗M-QJ+-狂 尸=%n,假设Sr不变0 0 0若主应力值绝对大小固定，由上式可知：异 号 应 力 的,大于 同 号 应 力 的，即异号应力的大异号应力更容易满足塑性条件4.答：五图：变形力学图、相图（合金状态图）、塑性图、变形抗力图、第二类再结晶图。5.答：产生表面周期性裂纹的原因：金属外层受挤压筒和凹模具的接触摩擦的阻滞作用。或表面温度降低使得表层的金属流动慢，受到附加拉应力（中心受附加压应力），此附加拉应力越接近出口，其值越大，与基本应力合成后，当工作应力达到金属的抗拉强度时，就会产生向内扩展的表面裂纹。某些金属，塑性区强度范围窄，或易粘模。当挤压速度过快，温度升高，当实际挤压温度超过临界温度时，挤压圆棒也会出现裂纹。周期性裂纹：一条裂纹出现后，应力松弛，继续变形，应力积累，又出现下一条裂纹。挤压缩尾也是坯料中心流动快，外层流动慢。在挤压后期，外层金属产生径向流动（坯料表面往往带有油污、灰尘及其它杂质等）。而形成制品尾部出现（中心或环形或皮下）缩尾。表面裂纹的预防措施：减少不均匀变形；加强润滑，光洁模子；采用反向挤压（合理的温度、速度制度）。挤压缩尾的预防措施：减少不均匀变形，减少径向流动；留压余，脱皮挤压；车削锭坯表面；使坯料成分组织均匀。五、综合推导题（本题20分）解：平衡微分方程（“一”时，久 取 代 数值解，“+”时久取绝对值解）4 4SM*近似值 2 2，忽略高阶微分，有4%=叫x*=摩擦条件：有等小应力边界条件：=，=由.n，-cir =cli 有/.n =-nr.0=一9专-2-5 rf=_aJ i+后h rL，的峰值在=4处教学习题绪 论0-1请选择你生活学习中所接触的五种物品，写一篇约五千字的调研笔记，调查其从原料到该物品制造的全过程，运用你所学的知识分析制造这些物品所涉及的学科知识。第 一 章 应力分析与应变分析1-1塑性加工的外力有哪些类型？1-2内力的物理本质是什么？诱发内力的因素有哪些？1-3何谓应力、全应力、正应力与切应力？塑性力学上应力的正、负号是如何规定的？1-4何谓应力特征方程、应力不变量？1-5何谓主切应力、八面体应力和等效应力？它们在塑性加工上有何意义？1-6何谓应力张量和张量分解方程？它有何意义？1-7应力不变量（含应力偏张量不变量）有何物理意义？1-8塑性变形的力学方程有哪几种？其力学意义和作用如何？1-9锻造、轧制、挤压和拉拔的主力学图属何种类型？1-10变形与位移有何关系？何谓全量应变、增量应变？它们有何联系和区别？1-11简述塑性变形体积不变条件的力学意义。1-12何谓变形速度？它们与工具速度、金属质点运动速度有何区别和联系？1-13何谓变形力学图？如何根据主应力图确定塑性变形的类型？1-14锻造、轧制、挤压和拉拔的变形力学图属何种类型？1-15塑性加工时的变形程度有哪儿种表示方法？各有何特点？20.%=5-15 xlQ1-16已知-点的应力状态 I。一 叼 M P a.试求该应力空间中笈=1的斜截面上的正应力H 和切应力、为多少？1-17现用电阻应变仪测得平面应力状态下与x轴成0。,45。,90角 方 向 上 的 应 力 值 分 别 为6,试 问 该 平 面 上 的 主 应 力 各 为 多 少？1-18试证明:(1)(2)会5山二3）1-19 圆形薄壁管，平均半径为R,壁厚为t,二端受拉力P 及扭矩M 的作用，试求三个主应力力,5.为 的大小与方向。1-20两端封闭的薄壁圆管。受轴向拉力P,扭矩M,内压力p 作用，试求圆管柱面上一点的主应力5，/的大小与方向。其中管平均半径为R,壁厚为t,管长为/。I 3 1t/f-4-JT+jr1-21已知平面应变状态下，变形体某点的位移函数为 4 200 40,1 1 IU M+我-y5 25 200.试求该点的应奕分量与3，力,并求出主应 变 卬 的 大小与方向。1-22为测量平面应变下应变分量/，Er 将三片应变片贴在与X轴成0。，60。，120。夹角的方向上,测得它们的应变值分别为，修试 求 以 及 主 应 变 的 大 小 与 方 向。y .1 r y1-23已知圆盘平锤均匀压缩时，质点的位移速度场为 r 2 A,其中匕 为全锤头压下速度，h 为圆盘厚度。试求应变速度张量。1-24 长为/的圆形薄壁管，平均半径为R,在两端受拉力P,扭矩M 作用后，管子的长度变成/1,两端的相对扭转角为9,假设材料为不可压缩的。在小变形条件下给出等效应变比与洛德参数的表达式。1-25某轧钢厂在三机架连轧机列上生产hxbx/=1.92x500 x 100,000mm的A3带钢产品（见图1-14）,第 1、3 机架上的压下率为20%,第2 机架上为25%,若整个轧制过程中带材的宽度b 保持不变，试求带钢在该连轧机列上的总压下量及每机架前后带钢的尺寸为多少？HxBxLhxbXl图1-25三机架连轧机列示意图第二章金属塑性变形的物性方程2-1金属塑性变形有哪些基本特点？2-2何谓屈服准则？常用屈服准则有哪两种？试比较它们的同异点？2-3何谓加载准则、加载路径？它们对于塑性变形的应力应变关系有何影响？2-4塑性变形的应力应变关系为何要用增量理论？2-5塑性变形的增量理论的主要论点有哪些？常用塑性变形增量理论有哪两类？试比较它们的同异点？2-6何谓塑性势？2-7平面应变和轴对称问题的应变和应力特点有哪些？2-8何谓变形抗力和变形抗力曲线？2-9影响金属材料变形抗力的主要因素有哪些？2-1 0已 知 材 料 的 真 应 力 真 应 变 曲 线 为A为材料常数，为硬化指数，试问简单拉伸时该材料出现颈缩时的应变量为多少？此时的真实应力与强度 的关系怎样？r-3 0 0 23 x lO2-11若变形体屈服时的应力状态为：I。M P a试分别按Mises和Tresca塑性条件计算该材料的屈服应力b及8值，并分析差异大小。2-12两端封闭的矩形薄壁管内充入压力为p的高压液体。若 材 料 的 屈 服 应 力=1 0 0 M P a,试按Mises塑性条件确定该管壁整个屈服时最小的p值为多少？（不考虑角上的影响）。（管材尺寸LXBXH,壁厚t）。2-1 3已知一外径为，30m m,壁厚为1.5m m,长为250mm二端封闭的金属薄壁管，受到轴向拉伸载荷Q和内压力p的复合作用，加载过程保持唯若该材料的=1 0 0 ）1 nMpa。试求 当 仁=600MPa时，（1）等效应变/；（2）管材尺寸；（3）所需加的Q 与p 值大小。2-14若薄壁管的=_i80MPa,%=30M P a,试利用应力摩尔圆确定、外 的 大小和方向，以及睚、6线及其走向。8-7如附图所示的滑移线场，“线为直线，6线为同心圆弧线。已知pc=-90MPa,k=60MPa,试求：1)C点的3、和 值；2)E点的外、%,和%值；题8-7附图8-8试绘出附图所示光滑模面情况板条反挤压的滑移线场，并计算所需挤压力？题 8-8 附 图(H/h=3)8-9用滑移线场理论计算圆棒横越向锻造时，当W/h=0.181和材料的k=150Mpa时，圆棒中心处的应力值。X、o y 为多少？题 8-9附图8-1 0 正八边形的断的型棒，进行横向锻造时，有两种可能的滑移线场（见题8-1 0 附图），试问哪种是可行的，试分析之。题 8-1 0 附图第九章功平衡法和上限法及其应用9-1 上限法的基本原理是什么？9-2 何谓速度间断线（或速度不连续），它具有哪些速度特性？9-3 何谓速端图？如何绘制速端图？9-4 上限法的基本能量方程包括哪儿项？各项的力学意义为什么？9-5 上限法求解变形力有哪几种基本方法，它们的基本要点是什么？9-6试指出附图所示两种Johnson上限模式的刚性三角形块的划分上的错误，并予以更正。题 9-6图9-7试比较板条平面应变挤压时，附图所示两种Johnson上限模式的上限解。题 9-7图9-8试绘出附图所示板条平面应变拉拔时的速端图，并标明沿各速度不连续线的速度不连续量的位置,及计算出刚性三角形块4B C D 的速度表达式。9-9试按附图所示的板条不对称平面应变挤压的Johnson上限模式，绘制速端图，并确定流出速度的大小及方向（v 角）？M B9-1 0 平锤头平面应变局部压缩薄板坯的示意图如附图所示，设 接 触 摩 擦 应 力。试用Avtizur上限模式求其不计侧鼓时的平均单位挤压力的表达式（或4）。题9-10图第十章原理应用10-1请从轧制，挤压，拉拔，锻造，冲压，五个加工过程中选择一个，制定一个研究加工过程应力一应变分布的数值模拟方案（至少要分析一个工艺因素变化对应力应变分布的影响）。绪 论教学内容：金属塑性加工的定义、分类、特点、地位；本课程的性质、内容、意义、发展概况。教学课时：共2学时第一章应力分析与应变分析教学内容：本章在上学期 弹塑性力学课程的基础上，更深入地讨论了应力和应变分析的方法及各种相关方程。教学重点：点的应力状态分析，应力平衡微分方程，几何方程，点的应变状态，应变增量，应变速度张量,主应变图与变形程度表示。教学难点：一点的应力状态，应变增量，应变速度的引入目的等。教学方法：课堂讲授为主，结合多媒体教学，配合相应习题与讨论。教学要求：重点掌握应力与应变的状态分析，应力平衡微分方程以及应变与位移关系方程，主应变图与变形程度的表示等。教学课时：共6学时，含实验2学时第一节应力与点的应力状态第二节点的特殊应力与不变量第三节应力张量的分解与几何表示第四节应力平衡微分方程第五节应变与位移关系方程第六节点的应变状态第七节应变增量第八节应变速度张量第九节主应变图与变形程度表示第二章金属塑性变形的物性方程教学内容：物性方程又称木构方程，是应力应变关系的数学表达形式。本章讨论金属塑性变形过程和力学特点、塑性条件方程、塑性变形的应力应变关系、变形抗力曲线与加工硬化以及影响变形抗力的因素。教学重点：塑性条件方程，应力应变关系以及变形抗力曲线与加工硬化：屈服准则的几何表达等。教学难点：塑性变形的特点与本构方程运用的前提。教学方法：课堂教学，结合多媒体教学及数值模拟分析。教学要求：重点掌握塑性变形过程和力学特点，塑性变形方程，塑性变形的应力应变关系，变形抗力曲线与加工硬化等。教学课时：共1 2学时，习题讲解和讨论2学时。第一节金属塑性变形过程与力学特点第二节塑性条件方程第三节塑性变形的应力应变关系第四节变形抗力曲线与加工硬化第五节影响变形抗力的因素第三章金属塑性加工的宏观规律教学内容：本章主要讨论金属塑性加工过程中塑性流动的一些宏观规律，如最小阻力定律、不均匀变形（含金属滑移理论）、附加应力与残余应力、各种塑性加工方法的变形特点、塑性加工中的裂纹与可加工性等。教学重点：最小阻力定律，影响金属塑性流动与变形的因素，不均匀变形、附加应力和残余应力，金属塑性加工方法的应力与变新特点，塑性加工过程的断裂与可加工性。教学难点：最小阻力定律，不均匀变形、附加应力和残余应力。教学方法：课堂教学为主，结合多媒体教学和实验教学。教学要求：重点掌握最小阻力定律，影响金属塑性流动与变形的因素，残余应力和塑性加工中的断裂与可加工性。教学课时：共1 0学时，含实验2学时，讨论2学时。第 一 节 塑 性 流 动 规 律（最小阻力定律）第二节影响金属塑性流动和变形的因素第 三 节 不 均 匀 变 形、附加应力和残余应力第四节金属塑性加工诸方法的应力与变形特点第五节塑性加工过程的断裂与可加工性第四章金属塑性加工的摩擦与润滑教学内容：本章讨论金属塑性加工时的摩擦的特点及作用，分析了塑性加工中摩擦的分类及机理，简述了摩擦系数及其影响因素，讲解了测定摩擦系数的方法和塑性加工的工艺润滑。教学重点：塑性加工中摩擦的分类及机理，摩擦系数及其影响因素，测定摩擦系数的方法，塑性加工的工艺润滑教学难点：塑性加工中摩擦的分类及机理，影响摩擦系数的因素和测定摩擦系数的方法与过程。教学方法：课堂教学为主，结合多媒体教学和实验教学。教学要求：重点掌握塑性加工中摩擦的分类及机理，摩擦系数及其影响因素，测定摩擦系数的方法和塑性加工的工艺润滑。教学课时：共6学时，含实验2学时。第 一 节 概 述第二节金属塑性加工时摩擦的特点及作用第三节塑性加工中摩擦的分类及机理第四节摩擦系数及其影响因素第五节测定摩擦系数的方法第六节塑性加工的工艺润滑第五章金属的塑性教学内容：本章讨论了金属的塑性基本概念，塑性的指标及其测量方法，以及金属塑性指标于变形温度及加载方式的关系曲线图形一塑性图。从理论上分析了金属多晶体塑性变形的机制，指出影响金属塑性的因素。最后简单介绍了金属的超塑性。教学重点：塑性状态图、金属多晶体塑性变形的主要机制、影响金属塑性的因素、金属的超塑性教学难点：金属多晶体塑性变形的主要机制、影响金属塑性的因素、金属的超塑性。教学方法：课堂教学为主，辅以恰当的实验。注意结合前面所学知识表示的基础内容，将其与问题求解方法融为一体。及时提问、收集学生学习情况。尽量使用实例和多媒体素材进行讲解。教学要求：理解金属的塑性，常用的测定塑性的方法和塑性高低的度量；重点掌握多晶体金属塑性变形的主要特点和主要机制；了解超塑性的基本概念，重点掌握细晶超塑性的产生条件，变形力学和组织结构特点和主要机制。教学课时：6节学时。第一节金属的塑性第二节金属多晶体塑性变形的主要机制第三节影响金属塑性的因素第四节金属的超塑性第六章塑性加工过程的组织性能变化和温度-速度条件教学内容：本章主要介绍了塑性加工中金属的组织与性能变化规律，包括冷变形和热变形对金属的组织性能的影响。分析了金属加工时热力学条件对组织与性能的作用。教学重点：冷变形与热变形的比较、多晶体变形的变形织构、热变形中的回复与再结晶、形变热处理教学难点：冷变形与热变形、多晶体变形的变形织构、热变形过程中的回复与再结晶、变形规程的制定、形变热处理教学方法：课堂教学为主，辅以恰当的实验。注意结合前面所学知识表示的基础内容，将其与问题求解方法融为一体。及时提问、收集学生学习情况。教学要求：理解冷变形与热变形的概念，冷变形和热变形时金属显微组织的变化，掌握热变形过程中的回复与再结晶，了解形变热处理的基本概念和分类。教学课时：4学时。第一节塑性加工中金属的组织与性能变化第二节 金属塑性变形的温度一速度效应第三节形变热处理第七章金属塑性加工变形力的工程法解析教学内容：介绍了计算塑性加工变形力的种解法工程法的概念及其要点。举例解析了直角坐标平面应变问题，极坐标平面应变问题，圆柱坐标轴对称问题以及球坐标轴对称问题。教学重点：工程法的要点，直角坐标平面应变问题、极坐标平面应变问题、圆柱坐标轴对称问题以及球坐标轴对称问题的解析。教学难点：工程法中的简化假设，以及解题的基本方法与过程。教学方法：课堂讲授为主，配合试验与数值模拟分析，及时提问、收集学生学习情况，以及布置课后练习。教学要求：掌握工程法的要点，能够运用工程法简单分析变形力，分析工艺参数。教学课时：6学时，含习题讲解2学时。第一节工程法及其要点第二节直角坐标平面应变问题解析第三节圆柱坐标轴对称问题第四节极坐标平面应变问题解析第五节球坐标轴对称问题的解析第八章滑移线理论及应用教学内容：分析了平面应变问题和滑移线场的关系，介绍了滑移线理论法的基本概念，汉盖应力方程滑移线的沿线力学方程，滑移线的几何性质，应力边界条件和滑移线场的绘制，以及三角形均匀场与简单扇形场组合问题及实例。教学重点：滑移线理论法概念，汉盖应力方程一滑移线的沿线力学方程，滑移线的几何性质，应力边界条件和滑移线场的绘制。教学难点：汉盖应力方程的推导，滑移线的几何性质的理解，应力边界条件的确定，滑移线场绘制的数值计算方法教学方法：课堂教学为主，及时提问、收集学生学习情况，布置课后习题。教学要求：理解滑移线理论的概念、汉盖应力方程的推导、滑移线的几何性质；能够确定应力边界条件；了解滑移线场绘制的数值计算方法。教学课时：4 学时。第一节概述第二节平面应变问题和滑移线场第三节 汉 盖(Hencky)应力方程一滑移线的沿线力学方程第四节滑移线的几何性质应力边界条件和滑移线场的绘制三角形均匀场与简单扇形场组合问题及实例第九章功平衡和上限法及其应用教学内容：本章讨论功平衡法、极值原理及上限法，讲解速度间断面及其速度特性，Johnson上限模式及应用和Avitzur上限模式及应用。教学重点：功平衡法，极值原理及上限法，速度间断面及其速度特性，Johnson上限模式，Avitzur上限模式。教学难点：上限法，速度间断面，Johnson上限模式，Avitzur上限模式。教学方法：课堂教学为主，结合多媒体教学和数值模拟分析。教学要求：重点掌握功平衡法，极值原理,上限法，两种上限模式教学课时：4 学时第一节功平衡法第二节极值原理及上限法第三节速度间断面及其速度特性第四节 Johnson上限模式及应用第五节 Aviztur上限模式及应用第十章原理应用教学内容：塑性加工原理在实际生产中的应用：塑性成形的模拟与仿真。教学方法：加工过程录相播放教学课时：4学时，另 有1 0学时选修实验第一节生产应用举例第二节模拟计算举例第三节模拟应用举例 金属塑性加工原理课程教学大纲课程编号：06020011课程名称：金属塑性加工原理学分：4总学时：64实验学时：6先修课程要求：数学：平面与空间解析几何、矢量分析、微积分、级数、线性代数等；工程力学：受力图分析、力的分解与合成、强度理论、应力莫尔圆、虚功原理等；物理化学：能量转换、端、焙及电化学反应变化过程等；金属学原理：金属的回复、再结晶，位错理论及单晶体塑性变形微观理论等。适应专业：材料科学与工程专业（材料学和材料加工工程方向）本、专科生参考教材:1.彭大暑编著.金属塑性加工原理，中南工业大学出版社，19892.张胜华编.金属塑性加工原理，中南工业大学教材科，19943.赵志业主编.金属塑性加工力学，冶金工业出版社，19874.彭大暑主编.金属塑性加工原理，中南大学出版社，2004返回顶部一、课程在培养方案中的地位、目的和任务 金属塑性加工原理 是材料科学与工程专业本科生重点专业基础课程之、属于专业必修课程。包括塑性加工力学、塑性加工材料学和塑性加工摩擦学等方面的内容。金属塑性加工力学是研究变形体中应力、应变的大小、分布及其相互关系，研究由弹性状态过渡到塑性状态的力学条件，确定变形和变形力的求解模式；塑性加工材料学主要研究金属塑性变形机理以及塑性变形与化学成分、金属组织状态之间的关系，研究热力学条件对变形过程的影响，确定由弹性状态到塑性状态过渡的条件：塑性加工摩擦学主要研究边界摩擦与润滑等因素对塑性变形规律的影响以及有效摩擦的利用。其目的是科学、系统地阐明金属塑性变形的基础与规律，为学习后续的工艺课程作理论准备，为合理制定塑性变形工艺奠定理论基础。返回顶部二、课程的基本要求1.掌握金属塑性加工过程的热力学条件及应力应变分析的基本概念和基本理论。2.熟悉和掌握塑性加工过程中金属变形的微观与宏观的基本规律，以及各种基本变形力学方程，能推导典型塑性加工问题的应力与应变计算公式。3.掌握金属在塑性加工过程中组织性能的变化及金属的塑性、变形抗力、断裂等与加工条件的关系。能按照要求或给定公式进行变形程度、应变速度、工件尺寸与变形力能参数等计算。4.根据所学知识，对金属的流动、产品质量等有关因素进行相应分析，能基本制定或选择出优质、高产、低消耗的生产工艺。返回顶部三、课程的基本内容以及重点难点绪 论金属塑性加工的定义、分类、特点、地位、发展概况：本课程的性质、内容、意义、发展概况。第一篇塑性变形力学基础第一章应力应变分析1.应力分析外力、内力、应力概念；点的应力状态概念、描述方法；斜面应力的确定：应力边界条件；应力张量定义与性质；应力不变量：主应力图；应力张量分解；应力平衡微分方程。2.应变分析位移、位移增量、应变、儿何方程；点的应变状态概念、描述方法；任意方向上应变的确定；应变张量与应变不变量：特殊应变；应 变 张量分解；应变协调方程概念与意义，塑性变形体积不变条件，变形力学图；应变速度张量定义、意义；应变增量张量定义、意义，全量应变与增量应变关系。本章重点：应力状态概念，任意斜面上应力公式，张量分解，平衡方程；几何方程等。第二章金属塑性变形物性方程金属塑性变形过程和力学特点；Tresca与 M ises屈服条件，二者的差异；加载与卸载准则，加载路径概念；增量理论与全量理论；变形抗力概念，加工硬化曲线，影响变形抗力的因素；塑性热与物性方程；平面应变问题与轴对称问题。本章重点：Tresca、M ises屈服条件，增量理论，塑性热，平面问题与轴对称问题，影响变形抗力因素。第二篇金属塑性加工的接触摩擦及流动与变形第三章塑性加工时金属的流动与变形金属塑性变形的宏观规律，变形特点，金属质点流动的基本规律，自由变形理论及最小阻力定律；不均匀变形的原因和后果，减轻不均匀变形的措施；基本应力，附加应力，工作应力，残余应力的概念，附加应力产生的原因及后果，消除或减轻残余应力的措施；应力与变形的分布和测定方法；塑性变形过程的断裂与可加工性。本章重点：不均匀变形典型现象的分析；各种基本概念，塑性变形过程中的断裂。第四章金属塑性加工的接触摩擦与工艺润滑塑性加工中摩擦分类，摩擦机理；影响摩擦系数的因素及摩擦系数的测定方法；塑性加工中润滑机理及选择润滑剂的原则和方法：近代润滑方法改进对产品质量的影响。本章重点：摩擦机理及润滑机理，掌握一种摩擦系数的测定方法。第三篇金属塑性加工材料物理基础第五章金属的塑性金属塑性的概念及测定方法；多晶体塑性变形机构；影响塑性因素、塑性图及提高塑性途径；塑性变形对金属组织性能的影响；超塑性的概念、分类及产生条件。本章重点：塑性图及其应用；塑性变形过程中材料组织的变化。第六章塑性加工过程的组织变化与温度一速度条件冷、热变形时的纤维组织；动态回复及动态再结晶；塑性变形中的热效应及温度效应；形变热处理。本章重点：纤维组织形成机理；动态回复及动态再结晶等。第四篇塑性加工变形力学问题的解析与应用第七章变形力的工程法解析变形力、平均单位压力概念，应力状态系数；摩擦力对接触应力、流动的影响；工程法要点；平锤压缩矩形块，平锤锁粗、棒材挤压求解。本章重点：工程法的应用。第八章滑移线性理论及应用滑移线理论法的基本概念、汉盖应力方程、滑移线的几何性质、应力边界条件和滑移线场的绘制、三角形均匀场与简单扇形场组合问题及实例。第九章极值原理及上限法应用功平衡法、极值原理及上限法、速度间断面及其速度特性、Johnson上限模式及应用和Avitzur上限模式及应用.第十章塑性加工原理的应用塑性加工原理在挤压、轧制、拉拔、锻造、冲压中的应用实例；挤压、轧制、拉拔、锻造、冲压变形的数值模拟与仿真。返回顶部四.实验要求基本要求：实验个数：3实验总学时：6实验名称：1.金属塑性变形的力学特点2.摩擦系数测定及摩擦对金属流动与应力分布的影响3.压缩不均匀变形试验综合实验：大型综合实验是建立在所有专业基础课及专业课知识的基础之上，其基本理论和知识包括所有与材料科学与工程相关的理论和知识，即有色金属的熔炼与铸造，金属的压力加工，金属材料力学性能，物理性能及显微组织结构的检测与分析等。选修实验：轧制、挤压、拉拔、锻造和冲压过程的数值模拟实验。返回顶部五、课程学时分配章节内容学时其中实验（上机）学时备注绪论介绍金属塑性加工课程2第一章应力应变分析62第二章金属塑性变形屈服条件与物性方程10返回顶部第三章塑性加工时金属的流动与变形122第四章金属塑性加工的接触摩擦与工艺润滑42第五章金属的塑性6第六章塑性加工过程的组织变化与温度速度条件6第七章变形力的工程法解析6第八章滑移线性理论及应用4第九章极值原理及上限法应用4第 卜 章塑性加工原理的应用610（课外选修实验）六、考核方式闭卷考试（或面试）七、其它制订执笔者：张 新 明（签 字）审 核 者（教研室主任或研究所所长）：林 高 用（签字）批 准 者（教学院长）：汪 明 朴（签字）金属塑性加工是金属材料制备和金属器件制造的主要成形与加工方式。没有金属塑性加工就没有生产力的高速发展，就没有先进的工业、农业和国防技术，也就没有现代化的文明社会。金属塑性加工一直是材料科学与工程领域最活跃的学科之一。金属塑性加工原理是材料科学与工程专业本科生必修的重点专业基础课程，是金属塑性加工技术的基础理论，主要讲授金属塑性变形过程中工件与工模具的弹、塑性变形及控制、材 料（或工件）几何尺寸、组织结构与性能的演变规律、机理及调控。至2 0世纪40年 代 金属塑性加工原理已发展成为一门应用基础科学，其基本内容由塑性加工力学、塑性变形材料学、变形体物理学、塑性加工摩擦学及塑性成型控制学五大部分组成。学生通过该课程的学习，理解和掌握金属塑性加工的基本概念；塑性变形的微观机理与宏观规律；变形材料与工模具的组织结构和性能变化规律；工件尺寸精度、表面质量及性能控制的基本原理和技术途径。该课程由一系列教学环节组成，包括课堂授课、现场教学、课程实验、作业练习、专题讲座及考试考核等。本网站提供的教学文件较完整地反应了该课程各教学环节的主要内容和要求，也是我们多年来对该课程教学改革的成果汇报。恭请各位专家、同行及广大同学批评指正。特殊钢厂锻钢车间设计创建时间：2008-08-02特殊钢厂锻钢车间设计(design of special steel forge shop)利用锻压设备对特殊钢锭进行开坯或成材的车间设计。锻钢车间主要生产小批量、多品种、较大规格的特殊钢锻材；并生产部分难以轧制、塑性低、变形抗力大的高合金钢坯；在有较大锻压设备时，还可生产部分特殊钢锻件。锻钢产品用于冶金、机械、电子、石油、化工、航空、军工和原子能等工业部门。简史 1842年英国制造了第一台蒸汽锤，使锻造生产进入应用动力的时代。1949年中国建成装备蒸汽锤的特殊钢厂锻钢车间。蒸汽锤适于生产供轧薄板坯和小规格锻材，但其锭型较小，产品表面粗糙不平，加工余量大。随着工业特别是航空工业的发展，需要用规格更大的高合金钢锭（银基合金或钛合金）进行锻造，才能满足对产品规格和质量的要求，同时对产品的表面精度也提出了更高的要求。蒸汽锤已不能适应。从 20世纪50年代开始，瑞典、英国、德国、美国、日本等国陆续采用快锻压机，不仅行程次数高，还实现尺寸精度控制和辅助工序机械化，以及与锻造操作机联合锻造。适应了较大高合金钢锭型快速锻造变形要求，并可获得高精度的锻件，提高了成材率和生产率。因此，在 20世 纪 70年代后期，快锻压机得到了广泛的应用。例 如 1967年 5 月在瑞典乌得霍尔姆公司（Uddehlm-aktiebolag）的哈格福尔斯（Hagfors）工厂安装了一台联邦德国德马克液压设备制造公司设计和制造的30MN快锻液压机，主要产品是锻造高合金钢、工具钢、不锈钢、特殊合金的180 850nlm方坯、200 900nlm的圆坯和1850mm宽的板坯。原料为重1 4 5 t,直径400 1900mm的钢锭；直径为600 1000mm,长达4500mm的电渣重熔钢锭和扁锭。在同一时期，奥地利和联邦德国还发展了一种机械传动和液压传动的径向锻造的精锻机。用于特殊钢生产的卧式精锻机，可以把钢锭锻成高精度的方、圆或扁形棒材或轴类件，并能减少后部工序的加工余量。精锻机锻造，锻件处于两向压应力状态下，可避免表面裂纹；其高速变形产生的热量能抵消热辐射散热量，可在一火内将钢锭锻至成品，因此较快锻压机更适合高合金钢的锻造。通常，精锻机的生产率、产品成材率较快锻压机可得到进一步提高，但其锭型断面受锤头开口度的限制。近几年，快锻压机和精锻机的联合作业，在国外的特殊钢厂受到重视，这样能够发挥快锻压机大锭开坯和精锻机一火成材的特点，生产大型轴类锻件。中国从1980年前后建设安装了 20 25MN的快锻压机和3.4-14MN精锻机，如某钢厂在1986年建成具有20MN快锻压机和10MN精锻机的现代化的锻钢车间，使中国特殊钢生产技术达到世界先进水平。2 0 世纪70年代奥地利的生产技术和机器制造有限公司（简称GFM）又将精锻工艺发展成精锻一轧制工艺，直接将连铸小方坯锻轧成棒材，具有占地小，投资少的优点。设计规模与产品方案 锻钢车间设计规模一般为年产量200001000003产品方案应区分不同品种产品的代表钢种、断面形状、规格范围、交货状态及产品标准等要求。锻钢车间的产品品种以锻材为主,还可承担部分高合